diplomová práce

Signály s omezeným spektrem, jejich vlastnosti a možnosti jejich extrapolace

Text práce 11.32 MB Příloha 6.9 MB

Autor práce: Ing. Ondrej Mihálik

Ak. rok: 2018/2019

Vedoucí: prof. Ing. Pavel Jura, CSc.

Oponent: Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Abstrakt:

Práca je zameraná na spektrálne obmedzenú extrapoláciu signálov pomocou konečného radu špeciálnych funkcií – anglicky nazývaných prolate spheroidal wave functions. Naším cieľom je zistiť, do akej miery je možné extrapolovať signál na základe jeho vzoriek z konečného intervalu. Často sa predpokladá, že táto metóda je závislá na výpočte určitých integrálov. Ukážeme, že existuje alternatíva spočívajúca v metóde najmenších štvorcov, ktorú porovnáme s metódami numerickej integrácie. Zameriame sa aj na vplyv šumu a možnosti použitia týchto algoritmov pre spracovanie dát v reálnom čase. Nakoniec sú navrhnuté algoritmy overené na skutočných dátach z mikrofónového poľa, aby ich bolo možné porovnať na základe výsledkov.

Klíčová slova:

Hilbertov priestor, Fourierova transformácia, frekvenčne obmedzené signály, extrapolácia, prolate spheroidal wave functions, ortogonalita, spektrum, metóda najmenších štvorcov

Termín obhajoby

04.06.2019

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student obhájil diplomovou práci. Reagoval na všechny dotazy komise i na připomínky oponenta.

Jazyk práce

slovenština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika (EEKR-M1)

Studijní obor

Kybernetika, automatizace a měření (M1-KAM)

Složení komise

doc. Ing. Zdeněk Němec, CSc. (předseda)
prof. Ing. Pavel Václavek, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Pavel Jura, CSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Málek, CSc. (člen)
Ing. Jan Pásek, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
prof. Ing. Pavel Jura, CSc.

Předem musím konstatovat, že student Ondrej Mihálik přistupoval ke své diplomové práci velmi svědomitě, s mimořádným úsilím a nevšední pílí. Tomu odpovídá i vysoká úroveň technické zprávy, ve které i přes šíři problematiky, dodržel požadovaný rozsah.
Student samostatně nastudoval, pochopil i aplikoval potřebné partie matematiky, které bezesporu leží za hranicemi matematiky, vyučované v našem studiu. V práci jsou uvedeny první aplikační postupy, které nasvědčují, že studentem navrhovaná metoda bude prakticky použitelná.
Při konzultacích (ať už osobních nebo elektronických), které využíval v dostačující míře, vystupoval velmi skromně, ale přitom cílevědomě. Pro mě bylo potěšení s takovým studentem pracovat.
Věřím, že pan Ondrej Mihálik bude pokračovat v doktorském studiu a dále se věnovat obdobné problematice. Byla by škoda, aby matematický background, který tento student získal, zůstal nevyužit.
Se vší odpovědností konstatuji, že student Ondrej Mihálik u mě získal plný počet bodů (100) a klasifikuji jeho práci známkou „výborně“. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 100

Známka navržená vedoucím: A

Soubor vložený vedoucím Velikost
Posudek vedoucího práce [.pdf] 255,17 kB

Předložená diplomová práce se věnuje problematice extrapolace signálů s omezeným spektrem s využitím speciálních typů vlnových funkcí. Předem je nutné zdůraznit, že zadané téma je s ohledem na matematický aparát potřebný pro pochopení dané problematiky a její další rozvíjení náročné. Musím ale konstatovat, že vytyčené cíle diplomové práce byly bezezbytku splněny. Diplomant potřebný matematický aparát nastudoval a prokázal jeho pochopení v úvodních teoretických kapitolách své práce, které definují nezbytné pojmy a následně vlastnosti protáhlých sférických vlnových funkcí (PSWF), které jsou základem navrhované metody pro extrapolaci signálů s omezeným spektrem. Teoretické úvahy vhodně doplnil vlastními grafickými daty získanými pomocí výpočetního nástroje Matlab. V další části detailně analyzoval možnosti extrapolace několika syntetických signálů touto metodou, definoval kritérium kvality extrapolace a vyhodnotil její úspěšnost pro různé parametry výpočtu. Zaměřil se i na vliv šumu na schopnost extrapolace a nutnost úpravy výpočetních parametrů v takovémto neideálním případě. Následně ověřil schopnost metody extrapolovat reálné signály získané praktickými měřeními rozložení akustického tlaku v okolí jednoduchého zdroje zvuku. Z prezentovaných výsledků je zřejmé, že metoda může mít praktické uplatnění jak při extrapolaci, tak i v případě, kdy je třeba získat spektrum na základě signálu konečné délky. Všechny závěry jsou diskutovány v dostatečné míře a vhodně prezentovány. Práce otevírá spoustu dalších možností využití této extrapolační metody a případné optimalizace volby parametrů jejího výpočtu, které by však bylo již nad rámec této diplomové práce prozkoumat.
Dokument je zpracován v rozsahu 60 stran a je rozdělen do 5 hlavních kapitol. Kapitoly jsou řazeny v logickém sledu a celková struktura práce reflektuje požadavky zadání, jak po obsahové stránce, tak i s ohledem na potřebný rozsah. Již zmíněná teoretická část zpracovaná v kapitolách 1 až 3 je přehledná a z mého pohledu velmi kvalitní syntéza informací obsažených v citované literatuře, která odkazuje zejména na hodnotné odborné články v zahraničních časopisech. Kapitoly 4 a 5 jsou již výhradně vlastní prací diplomanta a dokonale využívají teoretického základů položeného v předchozích kapitolách.
Práce je psaná ve slovenském jazyce, proto nemohu plně hodnotit jazykovou ani gramatickou stránku, ale z formálního hlediska práce neobsahuje téměř žádné nedostatky a je zpracovaná pečlivě a graficky výborně. Všechny použité průběhy a obrázky jsou přehledné a výstižné. Jediná výraznější formální chyba je v seznamu literatury u reference č. 20, kde diplomant uvádí chybně jméno prvního autora Juliana D. Maynarda („Naybard, D.“).
Domnívám se, že pan Mihálik jasně prokázal inženýrské schopnosti a práci doporučuji k obhajobě bez jakýchkoli zásadních výhrad. Navrhuji hodnocení výborně A/98. Otázky k obhajobě:
  1. 1) Jak časově náročný je výpočet extrapolační matice pro určitý konkrétní případ, např. v případě optimální konfigurace numerického výpočtu pro extrapolaci signálu z matice mikrofonů dle kap. 5.4?
  2. 2) Pro jaké další oblasti by navržená metoda byla vhodná?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 98

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová